Följande berättelse är den första i en serie i två delar och tittar på gränserna för innovation inom litiumjonbatterier. Den andra delen av serien kommer att packa upp framtiden för batterikemi under det kommande decenniet.
Vanliga litiumjonbatterier, som nu driver en snabbt växande marknad för elfordon, var ett dyrt förslag för bara ett decennium sedan. Litiumjonbatterier kostade 1 183 USD per kilowattimme 2010; nio år senare hade priset sjunkit nästan tio gånger till 156 USD/kWh 2019, enligt BloombergNEF-data.
Hastigheten i kostnadsnedgången överraskade batteriexperter, inklusive analytikern James Frith, BloombergNEF:s chef för energilagring. "De har fallit snabbare än jag har förutspått varje år," sa Frith. "Det är verkligen förvånande."
Rebecca Ciez, en postdoktor vid Princeton Universitys Andlinger Center for Energy and the Environment som forskar om batterikostnader, höll med. "Den senaste nedgången är ganska dramatisk," sa Ciez. "Det är förvånande hur marknaden förändrades så snabbt."
Experter pekade på momentum i att utöka produktionen som en orsak till prisfallet såväl som stegvis innovation inom batterikemi. Tillverkare har gått bort från några dyrare batteriingredienser som kobolt när de ökar nickeltunga batterikonstruktioner som har blivit billigare att tillverka när fabrikerna expanderar.
Ciez noterade att för ett decennium sedan kom elfordonsmarknaden precis under press för att bygga bilar och lastbilar på platser där koldioxidutsläppen började regleras, som i Kalifornien. "Så du hade dessa efterlevnadsbilar där tillverkarna sa: 'OK, vi måste göra denna [Toyota] RAV4 elektrisk'," sa Ciez och använde en fossilbränsledriven bil som ett exempel. "Och så de skulle bara slå ihop ett gäng laptopbatterier som var lätt tillgängliga."
Sedan dess har batterisektorn gjort enorma framsteg när det gäller att sänka kostnaderna, justera material i batterier för att använda billigare och mindre etiskt tveksamma metaller samtidigt som skalfördelar uppnås.
100 USD/kWh är den heliga graalen
Tillverkare närmar sig en punkt där elfordon kommer att nå kostnadsparitet med sina fossilbränsledrivna kusiner på cirka 100 USD/kWh, eller kanske lite mindre, sa experter. Det priset ses allmänt som en tipppunkt i sektorn, där konsumenter inte längre kommer att betrakta elfordon som dyrare alternativ.
BloombergNEF förutspår att batterikostnaderna kommer att falla under 100 USD/kWh 2024 och att nå cirka 60 USD/kWh 2030, sa Frith. På samma sätt har Bernstein-analytiker beräknat 2024 som året då vanliga elfordon når kostnadsparitet med gas- och dieselfordon, medan elfordonsledare i sektorn kan nå samma punkt 2022 eller 2023.
Även om detta kommer att uppnås utan större innovationer inom litiumjonbatterier, närmar sig mogen litiumjonteknik snabbt gränserna för hur mycket den kan förbättras, sa experter till S&P Global Market Intelligence. En batterikemist, en ledande forskare inom litiumjonbatterier som har utfört forskning för en stor elbilstillverkare som är beroende av tekniken, sa att litiumjonbatterier har börjat maxa på vissa fronter som pris, energitäthet och laddningshastighet .
"Det kommer ingen jättelyft", sa kemisten. Ur hans synvinkel kan stegvisa förbättringar räcka för att tillfredsställa konsumenterna, medan batterirevolutioner från oprövad teknik förblir åratal.
"Du kan göra riktigt bra ifrån dig med litiumjonbatterier idag", sa han. "Och genom att hjälpa till att få ner kostnaderna - det kommer att förbättra marknadspenetrationen för hela tekniken."
Venkat Viswanathan, docent vid institutionen för maskinteknik vid Carnegie Mellon University, höll med om att tekniken närmar sig sina gränser. Han förväntar sig att priserna på litiumjonbatterier fortfarande kan sjunka med cirka 20% och 30% men att de sannolikt inte kommer att bli mycket billigare.
"Vi närmar oss snabbt gränserna för råvarukostnader," sa Viswanathan.
